Ces dernières années, les ingénieurs électroniciens et chimistes ont mis au point différentes techniques de dopage chimique pour contrôler le signe et la concentration des porteurs de charge dans différents échantillons de matériaux. Les méthodes de dopage chimique consistent essentiellement à introduire des impuretés dans des matériaux ou des substances pour modifier leurs propriétés électriques.

Ces méthodes prometteuses ont été appliquées avec succès sur plusieurs matériaux, dont les matériaux van der Waals (vdW). Les matériaux VdW sont des structures caractérisées par des couches 2D fortement liées, qui sont liées dans la troisième dimension par des forces de dispersion plus faibles.

Des chercheurs de l'Université de Californie à Berkeley (UC Berkeley), du Kavli Energy Nanosciences Institute, de l'Institut de technologie de Pékin, de l'Université de Shenzhen et de l'Université Tsinghua ont récemment introduit une nouvelle approche accordable et réversible pour doper chimiquement le graphène. Leur approche, présentée dans un article publié dans Nature Electronics , est basé sur la chloration assistée par laser.

"Les méthodes conventionnelles basées sur le dopage substitutionnel ou la fonctionnalisation de surface entraînent la dégradation de la mobilité électrique en raison d'un désordre structurel, et la densité de dopage maximale est fixée par la limite de solubilité des dopants", ont écrit Yoonsoo Rho et ses collègues dans leur article. "Nous montrons qu'un processus de chloration assistée par laser réversible peut être utilisé pour créer des concentrations de dopage élevées (supérieures à 3 × 10 ¹³ cm ⁻² ) dans des monocouches de graphène avec des baisses minimales de mobilité."

Pour mettre en œuvre leur approche, Rho et ses collègues ont utilisé un faisceau laser nanoseconde ultraviolet (UV), avec une longueur d'onde de λ=213 nm (5,8 eV). Ils ont aligné ce faisceau parallèlement à la surface de leur échantillon, sous un flux de Cl₂ gaz.

Le laser pulsé UV focalisé peut dissocier photochimiquement le Cl₂ molécules, générant des radicelles Cl qui diffusent dans tout l'échantillon de graphène. Après avoir appliqué leur méthode à un échantillon de graphène, les chercheurs ont collecté des mesures pour déterminer ses effets sur la densité et la mobilité des porteurs de charge.

Par la suite, l'équipe a utilisé un procédé photothermique pour éliminer l'agent dopant Cl. Ce processus utilisait un laser vert à onde continue (CW) avec une longueur d'onde de (λ =532 nm (2,3 eV)), qui était appliqué dans la direction normale avec une taille focale de 2 μm (1/e2 ).

"Notre approche utilise deux lasers - avec des énergies de photons et des configurations géométriques distinctes - qui sont conçus pour la chloration et l'élimination ultérieure du chlore, permettant d'écrire et d'effacer des motifs hautement dopés sans endommager le graphène", ont écrit Rho et ses collègues dans leur article. /P>

Pour évaluer leur méthode de dopage réversible, l'équipe l'a utilisée pour créer des jonctions photoactives réinscriptibles pour les photodétecteurs à base de graphène. Ils ont découvert que leur méthode de chloration assistée par laser entraînait des concentrations de dopage ultra-élevé saturables, produisant une baisse minimale de la mobilité des porteurs de charge. De plus, lors du retrait du dopant Cl, les motifs dopés ont été entièrement effacés, sans causer de dommages structurels au graphène.

À l'avenir, l'approche assistée par laser introduite par cette équipe de chercheurs pourrait être utilisée pour introduire différents éléments dopants dans les matériaux 2D de van der Waals. Cela pourrait à son tour permettre l'introduction réversible de fonctionnalités électroniques précieuses pour les dispositifs optoélectroniques. + Explorer plus loin

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